氮肥配施不同用量木醋液對春小麥產(chǎn)量及營養(yǎng)品質(zhì)的影響

高 妍，狄雅莉，郭賦涵，董 旋，金蘭淑，鄒洪濤，林國林，韓曉日

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院，養(yǎng)分管理與資源高效利用實驗室，遼寧 沈陽 110866）

木醋液的pH值在3.0左右，又被稱為植物酸，它是以植物廢棄物（秸稈）或廢棄木材為原料，經(jīng)過高溫碳化或干餾后的收集過程中形成的煙氣，再經(jīng)冷凝回收后分離得到的一種褐色的、澄清的并且?guī)в忻簾熚兜囊后w［1］。木醋液的主要成分是醋酸（乙酸），同時富含有機(jī)酸（超過50%）、醛、酮、醇、酚及其衍生物以及一些Ca、Mg、Na、Fe等的堿性物質(zhì)，為植物的生長發(fā)育提供了大量元素和微量元素［2］。木醋液可以被植物直接吸收降解，沒有殘留，不會破壞生態(tài)環(huán)境［3-4］。申鳳善等［5］將木醋液精制后進(jìn)行主要成分分離，并應(yīng)用到水稻的發(fā)芽和苗期生長上，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，酸類和酚類物質(zhì)起主要作用。胡春花等［6］研究發(fā)現(xiàn)，木醋液中含有豐富的有機(jī)酸、醇類、酚類、大量元素和微量元素，施入到土壤中后可以有效地調(diào)節(jié)土壤環(huán)境，促進(jìn)根系對養(yǎng)分的吸收，進(jìn)而提高植株地上部的生長發(fā)育。已有研究表明，不同濃度的木醋液施入土壤或葉面噴施［7］均能不同程度地改善番茄［8-12］、有機(jī)煙草［13］、馬鈴薯［14］、茄子［15］、苦瓜［16］等植株的性狀，提高作物產(chǎn)量及品質(zhì)。此外，木醋液還對花卉種子和幼苗的生長發(fā)育等方面有明顯的促進(jìn)作用［17］。已有研究表明，木醋液在殺蟲抑菌［18-19］、改善植株性狀［20］、提高作物產(chǎn)量及品質(zhì)、土壤改良［21］、飼料添加及食品添加、改善環(huán)境等方面都有應(yīng)用，并且具有明顯的效果。木醋液在美國、日本和韓國等應(yīng)用非常廣泛，因此在中國的開發(fā)利用也具有非常廣闊的發(fā)展前景［22］。

木醋液是來源于自然的植物生長調(diào)節(jié)劑，對環(huán)境無污染作用，且生產(chǎn)成本低，在發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)中前景廣泛，同時在減少化肥用量和生物質(zhì)資源化利用上也起到了重要作用。已有研究多將木醋液稀釋成不同的倍數(shù)應(yīng)用于番茄、茄子等蔬菜或瓜果上，而在小麥等糧食作物上卻鮮有報道。鑒于此，本試驗采用盆栽的方法，將氮肥與不同用量的木醋液配施，結(jié)合春小麥植株光合特性，產(chǎn)量及營養(yǎng)品質(zhì)變化特征，研究氮肥與不同用量木醋液配施對春小麥植株生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，以期為今后木醋液作為新型植物生長調(diào)節(jié)劑在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤：供試土壤為棕壤，于2019年5月取自沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)后山試驗基地，土壤肥力中等，土壤基本理化性質(zhì)為：堿解氮36.54 mg/kg、有效磷5.98 mg/kg、速效鉀193.5 mg/kg、pH值7.13、有機(jī)質(zhì)6.09 g/kg。

供試小麥品種為遼春18號，木醋液產(chǎn)于山東省泰然生物工程有限公司，利用美國Agilent公司6890-5973N型氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）聯(lián)用儀對木醋液試樣進(jìn)行分析［23］，其具體成分見表1。

表1 木醋液成分分析表

1.2 試驗設(shè)計

試驗采取盆栽，選用直徑為21.5 cm、高24 cm的聚乙烯塑料桶。共設(shè)置6個處理，分別為（1）單施化肥處理（WV0）；（2）化肥+0.1 mL/kg木醋液（WV1）；（3）化肥+0.2 mL/kg木醋液（WV2）；（4）化肥+0.3 mL/kg木醋液（WV3）；（5）化肥+0.4 mL/kg木醋液（WV4）；（6）化肥+0.5 mL/kg木醋液（WV5）。供試肥料：尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O514%）、硫酸鉀（K2O 54%）。每個處理均等量施入氮0.15 g/kg、P2O50.1 g/kg，K2O 0.16g/kg。每盆準(zhǔn)確稱取5 kg過2 mm篩的風(fēng)干土樣，其中氮肥與木醋液混合均勻后分別在春小麥出苗后和拔節(jié)抽穗期施用，磷肥與鉀肥作基肥一次性施入土壤。每個處理種植12盆，隨機(jī)區(qū)組排列，每盆5穴，每穴3粒種子，在三葉期定植，每穴定植1株。2019年6月11日播種，2019年8月17日收獲，種植密度相當(dāng)于每公頃600萬株。在小麥的整個生育期內(nèi)，水分始終保持在田間持水量的60%，管理措施同大田常規(guī)管理，小麥生長季內(nèi)每隔3 d將盆的位置打亂，重新排放，在小麥各生育期測定SPAD值，在成熟期采集植株樣品測定植株養(yǎng)分積累量和營養(yǎng)品質(zhì)并測產(chǎn)。

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 小麥葉片葉綠素值（SPAD）

每個處理分別選擇有代表性的小麥倒三葉5片，分別于苗期（7月4日）、分蘗期（7月15日）、拔節(jié)抽穗期（7月25日）和成熟期（8月4日）用SPAD-502 Plus葉綠素儀直接測定倒三葉的SPAD值，測定時間選擇在晴天9：00～11：00進(jìn)行，各處理隨機(jī)選擇5株植株進(jìn)行測定，并計算其平均值。

1.3.2 植株養(yǎng)分含量測定

植株樣品研磨后，全氮、全磷和全鉀采用H2SO4-H2O2消煮，分別用凱氏定氮法、釩鉬黃比色法、火焰光度法測定［24］。

1.3.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的測定

在成熟期每個處理隨機(jī)選取10株進(jìn)行室內(nèi)考種，測定株高、穗長、穗粒數(shù)、千粒重等，將盆栽實際產(chǎn)量折成公頃產(chǎn)量。

1.3.4 品質(zhì)性狀測定

籽粒樣品研磨后，采用H2SO4-K2SO4-CuSO4-Se消煮法測定粗蛋白質(zhì)含量［19］，脂肪測定采用索氏抽提法［19］，淀粉測定采用酸水解法［19］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析和圖表制作，采用SPSS 20.0進(jìn)行單因素方差分析，其中多重比較采用LSD法。

本研究同時采用隸屬函數(shù)法［25］對春小麥主要營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行綜合性評價，在進(jìn)行隸屬函數(shù)計算時，利用下列公式對各個指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

其中，xj表示第j個指標(biāo)，xmax表示第j個指標(biāo)中的最大值，xmin表示第j個指標(biāo)中的最小值。如果某一個指標(biāo)與營養(yǎng)品質(zhì)負(fù)相關(guān)，則用式（2）。

然后，按照式（3）計算標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)vj，按照式（4）計算權(quán)重系數(shù)Wj，按照式（5）計算隸屬函數(shù)值（D），隸屬函數(shù)值越大，表示營養(yǎng)品質(zhì)越好。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥配施不同用量木醋液對春小麥SPAD值的影響

SPAD值的大小可以直觀地反映光合作用的強弱。從圖1可以看出，各處理SPAD值變化表現(xiàn)為從苗期到成熟期均表現(xiàn)為先增加而后逐漸降低的趨勢。苗期時各處理的SPAD值變化不大且無顯著性差異。分蘗期時，WV3和WV4處理的SPAD值最大，分別為102.6和103.3，較WV0處理相比，分別顯著提高3.64%和4.34%。拔節(jié)抽穗期時，WV4處理的SPAD值最高，較WV0處理相比提高了4.69%；其次是WV5處理，較WV0處理顯著提高2.61%；WV3處理的SPAD值略高于WV0處理，而WV2處理的SPAD值略低于WV0處理，但兩個處理與WV0處理相比SPAD值無顯著性差異。在成熟期時，WV4處理的SPAD值最高，其數(shù)值為66.3，顯著高于其他處理，其次是WV3處理，SPAD值為60.3，WV4和WV3處理較WV0處理相比，SPAD值分別顯著提高了12.92%和23.93%，其他處理與WV0處理之間SPAD值無顯著性差異，說明WV3和WV4處理的木醋液用量延長了春小麥葉片光合作用的時間，增強了葉片的光合強度，有利于春小麥植株積累更多的干物質(zhì)。

圖1 氮肥與不同用量木醋液配施對春小麥SPAD值的影響

2.2 氮肥配施不同用量木醋液對春小麥養(yǎng)分吸收積累的影響

從圖2可以看出，氮肥配施木醋液比未施配施木醋液處理顯著提高了春小麥植株對養(yǎng)分的吸收積累量。各處理整體趨勢表現(xiàn)為隨著木醋液用量的增加，植株的養(yǎng)分吸收積累量逐漸增多，用量到達(dá)一定限度后再增加木醋液的用量，春小麥植株的養(yǎng)分吸收積累量開始逐漸降低。由圖2A可知，在氮素的吸收積累上，氮肥與木醋液配施處理的植株氮素吸收積累量高于未配施木醋液的處理。其中WV4處理的植株氮素累積量顯著高于其余處理，其植株氮素累積量比WV0處理增加了26.34%，其次是WV3處理，比WV0處理植株氮素累積量顯著增加19.29%。由圖2B可知，在植株磷素吸收積累量方面，WV4處理的植株磷素累積量最多，高達(dá)22.24 kg/hm2，比WV0處理顯著提高73.89%，其次是WV3處理，比WV0處理顯著提高57.15%。由圖2C可知，在植株鉀素吸收積累量方面，WV4處理的植株鉀素積累量最多，為78.25 kg/hm2，比WV0處理顯著提高45.58%，WV2和WV3處理的植株鉀素累積量略低于WV4處理，與WV4處理無顯著性差異，但比WV0處理分別顯著提高37.69%和37.58%。由圖2D可知，在植株總養(yǎng)分的吸收積累量方面，WV4處理的總養(yǎng)分吸收積累量最多，為383.41 kg/hm2，其次是WV3處理，為365.34 kg/hm2，比WV0處理分別提高31.23%和25.05%。說明氮肥與木醋液配施能在不同程度上促進(jìn)春小麥植株對養(yǎng)分的吸收積累，其配施效果優(yōu)于單施氮肥處理。木醋液的施用量大于最佳用量時會抑制春小麥植株對養(yǎng)分的吸收積累。

圖2 氮肥與不同用量木醋液配施對春小麥植物養(yǎng)分吸收積累量的影響

2.3 氮肥配施不同用量木醋液對春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

從表2可以看出，氮肥和木醋液配施處理與未施用木醋液處理相比，春小麥的株高、穗長、穗粒數(shù)、千粒重和折合產(chǎn)量提高，并隨著木醋液用量的增加各指標(biāo)均有所增加，當(dāng)木醋液用量到達(dá)一定限度后，再增加施用木醋液各指標(biāo)均逐漸降低。WV4處理的株高、穗長、千粒重和折合產(chǎn)量均最高且顯著高于其他處理，比WV0處理分別顯著提高14.16%、15.60%、5.85%和12.16%，雖然WV4處理的穗粒數(shù)顯著低于WV2和WV3處理，但與WV0處理無顯著性差異。WV3處理的株高、穗長、千粒重和折合產(chǎn)量顯著低于WV4處理，但明顯優(yōu)于其余處理，比WV0處理分別提高11.42%、7.60%、4.10%和8.05%，且穗粒數(shù)顯著高于WV0處理，增幅為10.68%。說明當(dāng)木醋液用量為WV4處理的用量時，對春小麥的產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成因素影響最大，產(chǎn)量最高。

表2 氮肥與不同用量木醋液配施對春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.4 氮肥配施不同用量木醋液對春小麥營養(yǎng)品質(zhì)的影響及綜合評價

由表3可以看出，氮肥與木醋液配施處理對春小麥的品質(zhì)也有顯著的影響，并且隨著木醋液用量的增加，春小麥的粗蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)出先逐漸增加而后降低的趨勢。淀粉含量則表現(xiàn)出隨著木醋液用量的增加逐漸增加的趨勢，而脂肪則表現(xiàn)為隨著木醋液用量的增加逐漸減少的趨勢。其中，WV4處理的春小麥籽粒粗蛋白質(zhì)含量為20.62%，比WV0處理籽粒粗蛋白質(zhì)含量顯著提高5.47%，其次是WV2處理，較WV0處理相比提高0.61%。氮肥與木醋液配施處理，對春小麥淀粉含量的影響顯著，隨著木醋液用量的增加，春小麥籽粒中的淀粉含量逐漸升高，WV5處理的春小麥籽粒中淀粉含量最高，為52.78%，比WV0處理顯著提高了10.67%，在施用木醋液的5個處理中，WV1處理的春小麥籽粒中淀粉含量最低，僅有48.46%，比WV0處理顯著增加了1.61%。在脂肪含量上，WV0處理的春小麥籽粒中含量較高，高達(dá)3.08%，其余處理脂肪含量均小于WV0處理。其中WV5處理脂肪含量降低最明顯，與WV0處理相比顯著降低了16.56%，氮肥配施木醋液對春小麥籽粒的品質(zhì)影響顯著，在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，可以根據(jù)春小麥不同的用途選擇與氮肥配施的最佳用量。

表3 氮肥與不同用量木醋液配施對春小麥營養(yǎng)品質(zhì)的影響 （%）

通過模糊隸屬函數(shù)法對春小麥穗粒數(shù)、千粒重、脂肪、淀粉和粗蛋白質(zhì)進(jìn)行綜合評價，得到其隸屬函數(shù)總平均值（表5），根據(jù)隸屬函數(shù)值進(jìn)行排序為：WV4＞W(wǎng)V3＞W(wǎng)V2＞W(wǎng)V5＞W(wǎng)V1＞W(wǎng)V0。從隸屬函數(shù)值的排名可以看出，與WV0處理相比，不同用量的木醋液與氮肥配施后均能提高春小麥籽粒的主要營養(yǎng)品質(zhì)，且WV4處理效果最佳。這可能是由于配施木醋液后促進(jìn)了春小麥植株對大量元素的吸收，特別是對鉀素的吸收，從而改善了春小麥籽粒的品質(zhì)。

表4 不同處理間主要營養(yǎng)品質(zhì)的綜合評價

2.5 木醋液最佳用量的研究

通過對小麥產(chǎn)量數(shù)據(jù)的相關(guān)分析，在保證常規(guī)施肥用量且產(chǎn)量不降低的前提下，探索了木醋液等氮增效的最佳用量，結(jié)果如圖4所示，散點為不同用量木醋液處理下所對應(yīng)產(chǎn)量的原始數(shù)據(jù)，其多項式擬合方程為y=-3571.8x2+2646.3x+3336.5（R2=0.6447）。由圖可知，隨著木醋液施用量的增加，小麥產(chǎn)量先逐漸升高，當(dāng)升高到最大值后，產(chǎn)量開始降低。且由擬合曲線可得出，當(dāng)木醋液的用量為0.37 mL/kg時所對應(yīng)的產(chǎn)量為最大值。

圖3 木醋用量與產(chǎn)量的關(guān)系

3 討論

葉片SPAD值通常用來表征葉片中葉綠素的相對含量，從而直接反映作物的生長狀況，其含量大小直接影響光合作用并最終影響到產(chǎn)量的形成［26］。適當(dāng)用量的木醋液與氮肥配施后，顯著提高了葉片的SPAD值，但用量過多則會抑制葉片中葉綠素的形成，這與周建云等［27］和曹瑩等［28］的研究結(jié)果一致。本研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)木醋液用量為0.4 mL/kg并與氮肥配施時，春小麥植株成熟期葉綠素含量提高最多。

氮肥與不同用量木醋液配施均能顯著影響春小麥植株對養(yǎng)分的吸收和利用，并且隨著木醋液用量的增加，春小麥植株對養(yǎng)分的吸收積累量呈現(xiàn)先逐漸增強而后下降的趨勢，顯著增強了對氮素、磷素和鉀素的吸收，最終總養(yǎng)分積累量均顯著提高。當(dāng)?shù)逝c0.5 mL/kg木醋液配施時，春小麥植株對磷素和鉀素的吸收積累量減弱，植株的生長發(fā)育受到抑制，這與魏泉源等［29］和常青等［4］的研究結(jié)果相一致。楊華［30］研究發(fā)現(xiàn)：木醋液能夠促進(jìn)大白菜、蘿卜和黃瓜等蔬菜根莖的生長，施用木醋液能夠有效促進(jìn)植物的發(fā)根力，顯著增加植物的側(cè)根數(shù)，從而增強植株從土壤吸收養(yǎng)分的能力并促進(jìn)植株生長。當(dāng)?shù)逝c0.4 mL/kg木醋液配施時，與未施用木醋液處理相比，顯著促進(jìn)了春小麥植株對養(yǎng)分的吸收與積累，且對氮素吸收的影響較大。這與常青［31］和王遠(yuǎn)蘭［32］的研究結(jié)果不一致，可能由于制備木醋液所選用的原材料不同，使得木醋液中有機(jī)酸等活性物質(zhì)的含量不同，加之施肥方式也不相同，王遠(yuǎn)蘭［32］在種植大棚西瓜時，施用木醋液采用葉面噴施的方法，而本試驗采用的方法是與氮肥混合均勻后灌施于土壤，葉面噴施的方法使葉片能直接更快地吸收木醋液，而土壤灌施的方法則需植株從土壤中間接的吸收，導(dǎo)致最佳用量有所不同。

氮肥與木醋液配施較未與木醋液配施處理，能夠顯著增加春小麥植株的株高、穗長和穗粒數(shù)，并提高千粒重和產(chǎn)量，這與常青［31］的研究結(jié)果相一致?？赘呓埽?3］將小麥秸稈制成木醋液后（分別稀釋至400、600、800和1000倍），分別在水稻的分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期和灌漿結(jié)實期噴施，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，4個稀釋倍數(shù)的木醋液均能增加水稻的株高、株重、穗粒數(shù)和千粒重等指標(biāo)；于紅梅等［34］經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)，將木醋液稀釋400倍后應(yīng)用在高架草莓上，能明顯提高株高16.59%，使得草莓單株產(chǎn)量和商品果率分別增加18.61%和11.01%，本試驗研究結(jié)果與其相一致。

氮肥與不同用量的木醋液配施在不同程度上提高了小麥的品質(zhì)，孔高杰［33］經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)木醋液稀釋至600倍時，能較好地改善豫粳8號、中質(zhì)優(yōu)2004和黃優(yōu)520 3種水稻成熟籽粒中粗蛋白質(zhì)含量，分別提高10.81%、16.09%和7.95%。且施用不同稀釋倍數(shù)的木醋液與未施用木醋液處理相比，均能提高成熟期籽粒中直鏈淀粉的含量。本試驗研究結(jié)果與其相近。

木醋液能夠提高小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的原因可能是木醋液中含有小麥植株生長發(fā)育過程中所必需的大量元素、微量元素和有機(jī)酸等營養(yǎng)物質(zhì)以及一些有益微生物等。氮肥與木醋液配施后促進(jìn)了春小麥植株根系對養(yǎng)分的吸收，提高土壤肥力，改善了土壤微生物環(huán)境和數(shù)量，從而提高了春小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)［33，35］。木醋液因用量不同進(jìn)而對植物生長具有促進(jìn)或抑制的雙重作用，這與前人研究結(jié)果相一致［36-38］。木醋液用量過大，其中有機(jī)酸的含量過多對小麥植株產(chǎn)生毒害作用，用量過小導(dǎo)致其有效成分含量降低，對春小麥植株產(chǎn)量和品質(zhì)的影響較小。

4 結(jié)論

根據(jù)盆栽試驗結(jié)果可知，當(dāng)木醋液用量為0.4 mL/kg時，促進(jìn)植株對養(yǎng)分的吸收與積累，極大地提高了春小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)。另根據(jù)擬合曲線進(jìn)一步優(yōu)化木醋液用量，當(dāng)木醋液用量為0.37 mL/kg時，所對應(yīng)的產(chǎn)量能達(dá)到最大值。本試驗的研究結(jié)果可為木醋液在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中作為新型植物生長調(diào)節(jié)劑的推廣和應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)和參考，但仍需開展大田及長期定位試驗進(jìn)行進(jìn)一步研究。